)=
[-1ym，-1ym]。图5所示是本发明将W上位置参数通过式（1)计算得出的相位填入相应 区域时的相位的分布图案。
[0126] 步骤44 :确定每个焦点的偏振方向，设焦点的偏振方向与X轴的夹角为0，则M个 焦点产生M个偏振方向，本实施例中，M= 5个焦点的偏振方向与X轴的夹角分别为：P1 = 0,P2二n/4,P3二3n/4,P4二-n/4,P5二n/2;将半径为R的圆形入射光目里沿直径 方向分为对称的两个半圆部分，其中一个半圆里的相位为0,另一个半圆里的相位为n;旋 转直径的方向，使其与X轴方向夹角分别为Pm，将获得M个不同对称方向的（0,n)调制的 相位分布； 阳127]步骤45:将M个不同对称方向的（0, 31)调制的相位分布对应填入在NXM个子扇 形区域，获得调制产生每个焦点的偏振方向可调的相位分布ih;图6所示是本发明将偏振 相位填入相应区域时的相位11)2的分布图案。
[0128] 步骤46 :将1^和2叠加获得纯相位调制。图7所示是本发明将^上两种相位 分布11>1和2叠加后获得纯相位调制。
[0129] 然后，将角向偏振的激光光束经W上设计的相位调制后，入射到一个高数值孔径 物镜上。最后，在物镜的聚焦区域将产生多个焦点的阵列光斑，且每个焦点的偏振方向和空 间位置是任意可调的。
[0130] 图8所示是本发明所述的将特殊设计纯相位调制物镜的后焦面后，获得多焦点阵 列光斑的强度向分布图，从图中可W看出聚焦区域产生了5个焦点。 阳131]图9所示是本发明所述的将特殊设计纯相位调制物镜的后焦面后，获得5个焦点 阵列光斑的偏振方向分布图，从图中可W看出每个焦点的偏振方向与设计参数是对应的。 [0132]图10所示是本发明所述的改变位置参数和偏振方向后的相位分布图。在本 实例中，焦点数目M= 7 ;每个焦点的位置参数：（AXi，Ayi) = [1. 5cos(31 /扣ym， 1.5sin(3r/：3)]im]，（Ax2，Ayz) = [1.5cos(23r/：3)]im，1.5sin(23T/：3)]im]，（Ax]，A Yj) = [1.5cos(3T)]im，1.5sin(3T)]im]，（Ax" Ay*) = [1. 5cos (4 it /3) y m, 1. 5sin (4 31/扣y m]，（A X5, A Ys) = [1. 5cos巧31/扣y m，1. 5sin巧31/扣y m]，（A Xg，A Ye) =[1. 5cos(2 31) ym，1. 5sin(2 31) ym]，（A X7，A y7) = [0,0];焦点的偏振参数；P1= 0， @2二n/3, P3二2n/3, P4二31, P5=- Jl/3, P6二-2 n/3, P7二31/2。 阳133] 图11所示是本发明所述的将图9中所示的特殊设计纯相位调制物镜的后焦面后， 获得的焦点阵列光斑的强度向分布图，从图中可W看出聚焦区域产生了 7个焦点。
[0134] 图12所示是本发明所述的7个焦点阵列光斑的偏振方向分布图，从图中可W看出 每个焦点的偏振方向与设计参数是对应的。 阳135] 可见，本发明可W产生多焦点阵列光斑。通过改变分区相位中的子扇形区域的个 数，可W调节光斑的个数；通过改变每个焦点的位置参数可W调节每个焦点的空间位置； 通过改变每个焦点对应的（0,n)相位的分界线的方向可W调节每个光斑的偏振方向；运 种光斑数目可调、每个焦点的偏振方向可调与每个焦点的空间位置可调的多焦点阵列光 斑，克服现有技术所存在的问题和不足，因此可W在并行激光微纳米加工、并行激光微粒子 操控与捕获、多维光学数据存储与超分辨偏振光学显微成像等领域得到广泛应用。
[0136]W上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用W限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种多焦点阵列光斑的发生方法，其特征在于：包括以下步骤： 步骤SI.发出任意偏振的激光光束； 步骤S2.将任意偏振的激光光束转换为线偏振的激光光束； 步骤S3.将线偏振的激光光束进行准直扩束； 步骤S4.将准直扩束后的线偏振激光光束进行相位调制； 步骤S5.将相位调制后的线偏振光转换为角向偏振的激光光束； 步骤S6.聚焦角向偏振激光光束，在聚焦区域将产生多个焦点的阵列光斑，且每个焦 点的偏振方向和空间位置是任意可调的。2. 根据权利要求1所述一种多焦点阵列光斑的发生方法，其特征在于：所述步骤S4的 激光光束相位调制对应产生聚焦区域后焦面上的纯相位调制。3. 根据权利要求2所述一种多焦点阵列光斑的发生方法，其特征在于：所述步骤S4 的激光光束相位调制对应产生多个焦点在聚焦区域上纯相位调制的发生方法，包括以下步 骤： 步骤S41.将聚焦区域的后焦面对应的入射光瞳平均分为N个面积相同的扇形： A2......An r An，其中每个扇形区域的顶点为入射光瞳的中心，扇形的半径为入射光瞳半径 R，每个扇形的圆心角为Δφ=2π/Ν，其中N为偶数； 步骤S42.确定阵列光斑的数目Μ，再将每个扇形区域进一步分为M个面积相等的子扇 形区域4、S2......Sm r SM，其中每个子扇形区域的顶点还是入射光瞳的中心，每个子扇形 区域的半径为入射光瞳半径R，且每个子扇形区域对应的圆心角为δφ=Δφ/Μ; 步骤S43.将NXM个子扇形依次对应填入相应焦点位置的相位分布ipm，其中，m= 1， 2,......M，获得调制产生M个焦点的空间位置可调的相位分布Φ 1; 步骤S44.确定每个焦点的线偏振方向，设焦点的线偏振方向与X轴的夹角为β，则M 个焦点具有M个偏振方向，设其与X轴的夹角分别为Pni= β i、β2......β μ;将半径为R 的圆形入射光瞳沿直径方向分为对称的两个半圆部分，其中一个半圆里的相位为〇,另一个 半圆里的相位为π ;旋转对称直径的方向，使其与X轴方向夹角分别为Pni，将获得M个沿 不同对称方向的（〇, π)调制的相位分布； 步骤S45.将M个不同对称方向的（0, π)调制的相位分布对应填入在NXM个子扇形 区域，获得用于调制产生每个焦点的偏振方向可调的相位分布Φ2; 步骤S46.将两种相位分布！^和Φ 2叠加，获得纯相位调制Φ = Φ ，此纯相位调 制在聚焦区域的后焦面，将会获得M个多焦点阵列光斑，且每个焦点的偏振方向和空间位 置是任意可调的。4. 根据权利要求3所述一种多焦点阵列光斑的发生方法，其特征在于：所述步骤S43 中的相位值(pm由下式确定；其中，m:表示第m个聚焦光斑； λ :是表不从激光器出射的激光波长； NA :是表示物镜的数值孔径； R :是表不物镜的入射光瞳的半径； nt:表示物质的折射率； A义^表不第m个聚焦光斑在X方向上偏移中心位置的位移量； △ ym:表不第m个聚焦光斑在y方向上偏移中心位置的位移量。5. 根据权利要求3所述一种多焦点阵列光斑的发生方法，其特征在于：所述步骤S44 中焦点的偏振方向与X轴的夹角β取值范围为[〇 2JT]。6. 根据权利要求1所述一种多焦点阵列光斑的发生方法，其特征在于：所述步骤6中 多个焦点的阵列光斑的数量可调。7. 根据权利要求1至6任一项所述一种多焦点阵列光斑的发生方法，其特征在于：所 述步骤6中每个焦点的偏振方向可调为线偏振方向，且每个焦点在聚焦区域上的线偏振方 向是任意可调。8. -种多焦点阵列光斑的发生装置，其特征在于：包括光源发射装置（1)、偏振片（2)、 扩束及波面整形器（3)、空间光调制器（4)、偏振转换器（5)和物镜（6)，所述光源发射装置 (1)、偏振片（2)、扩束及波面整形器（3)、空间光调制器（4)、偏振转换器（5)和物镜（6)依 次同轴线并列； 所述光源发射装置（1)，用于发出任意偏振的激光光束； 所述偏振片（2)，用于将任意偏振的激光光束转换为线偏振的激光光束； 所述扩束及波面整形器（3)，用于将线偏振的激光光束进行准直扩束； 所述空间光调制器（4)，用于将准直扩束后的线偏振激光光束进行相位调制； 所述偏振转换器（5)，用于将相位调制后的线偏振激光光束转换为角向偏振的激光光 束； 所述物镜（6)，用于聚焦角向偏振激光光束，在聚焦区域将产生多个焦点的阵列光斑， 且每个焦点的偏振方向和空间位置是任意可调的。9. 根据权利要求8所述一种多焦点阵列光斑的发生装置，其特征在于：所述空间光调 制器（4)对激光光束相位调制使所述物镜（6)对应的聚焦区域后焦面上产生纯相位调制。10. 根据权利要求8或9所述一种多焦点阵列光斑的发生装置，其特征在于：所述物镜 (6)中每个焦点的偏振方向可调为线偏振方向，且每个焦点在聚焦区域上的线偏振方向是 任意可调。
【专利摘要】本发明涉及一种多焦点阵列光斑的发生装置及方法，其方法包括以下步骤：步骤S1.发出任意偏振的激光光束；步骤S2.将任意偏振的激光光束转换为线偏振的激光光束；步骤S3.将线偏振的激光光束进行准直扩束；步骤S4.将准直扩束后的线偏振激光光束进行相位调制；S5.将相位调制后的线偏振激光光束转换为角向偏振的激光光束；步骤S6.聚焦角向偏振激光光束，在聚焦区域将产生多个焦点的阵列光斑，且每个焦点的偏振方向和空间位置是任意可调的。相对现有技术，本发明可同时实现每个焦点的偏振方向可调与空间位置可调。
【IPC分类】G02B27/28, G02B27/09, G02B27/48
【公开号】CN105182556
【申请号】CN201510553665
【发明人】朱林伟, 孙美玉, 陈建农, 李志刚
【申请人】鲁东大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月2日